تحليل مفصل للتكلفة والعائد لمواقع شحن أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات

إجابة سريعة

تُحقق محطة شحن نظام تخزين طاقة البطاريات (BESS) قيمتها المالية من خلال أربع آليات: خفض رسوم الطلب، وتأجيل ترقية الشبكة، وزيادة استخدام الشواحن، والعائدات من المراجحة والاستجابة للطلب. على مدى عشر سنوات، عادةً ما يرفع نظام BESS ذو الحجم المناسب صافي القيمة الحالية (NPV) لمحطة الشحن السريع بنسبة 15-35% مقارنةً بالبناء على الشبكة فقط، مع فترة استرداد تتراوح بين ثلاث وست سنوات في أنظمة التعريفة ذات رسوم الطلب المرتفعة. وتتمثل المدخلات الحاسمة في ذروة الطلب الشهري للموقع، وتعريفة الطلب لشركة الكهرباء، وتكلفة دورة البطارية، وتكلفة ترقية المحول التي تم تجنبها. يستعرض هذا التحليل كل بند من بنود التكلفة والفائدة، ثم يُقدم نموذجًا لسيناريو كامل لمدة عشر سنوات لتمكين المشغلين من تقييم استثمارات BESS وفقًا لبياناتهم الخاصة.

أهم النقاط

• تُعد رسوم الطلب أكبر تكلفة يمكن تجنبها في مواقع الشحن السريع، وغالبًا ما تتجاوز 30-50% من الفاتورة الشهرية.
• غالباً ما يؤدي تأجيل أو إلغاء ترقية المحول إلى تمويل التكلفة الرأسمالية الكاملة لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات.
• تعمل أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات على رفع معدل استخدام الشواحن عن طريق إزالة قيود طاقة الشبكة، وتحويل المزيد من الإنتاجية لكل شاحن مثبت.
• تساهم عمليات المراجحة في مجال الطاقة والاستجابة للطلب في زيادة الإيرادات بنسبة 5-15% في الأسواق المحررة.
• إن عمر دورة البطارية، وليس عمرها الزمني، هو الذي يحدد تكلفة التشغيل الحقيقية لكل كيلوواط ساعة مخزنة.

الفخاخ الثلاثة للتكاليف في مواقع الشحن السريع التقليدية

تفشل معظم النماذج المالية لمحطات شحن السيارات الكهربائية لأنها تتعامل مع الكهرباء كسلعة تُقاس بالكيلوواط/ساعة. في الواقع، تدفع المحطة ثمن الطاقة بثلاث طرق منفصلة، ​​ويستهدف نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) الطريقتين الأكثر ضرراً.

الفخ الأول: رسوم الطلب.تُصدر شركات الكهرباء فواتيرها بناءً على أعلى استهلاك للطاقة خلال 15 دقيقة في الشهر، وتتراوح عادةً بين 8 و30 دولارًا لكل كيلوواط. قد يدفع موقعٌ مزود بستة شواحن بقدرة 150 كيلوواط، ويصل استهلاكه في كثير من الأحيان إلى 800-900 كيلوواط، ما بين 7000 و27000 دولار شهريًا كرسوم استهلاك فقط، وذلك قبل استهلاك كيلوواط ساعة واحد من الطاقة. في الحالات القصوى، تمثل رسوم الاستهلاك أكثر من نصف إجمالي تكلفة الكهرباء للموقع.

الفخ الثاني: تكاليف البنية التحتية للشبكة.تُكلّف ترقية محوّل الخدمة من 500 كيلو فولت أمبير إلى 1.5 ميجا فولت أمبير عادةً ما بين 100,000 و500,000 دولار أمريكي، بالإضافة إلى 12 إلى 24 شهرًا من أعمال الهندسة في شركة الكهرباء. يُنفق هذا المبلغ الرأسمالي قبل بدء تشغيل أول مركبة، ولا يُحقق أي فائدة تشغيلية.

الفخ الثالث: أجهزة الشحن غير المستغلة.لا يمكن لموقع يعتمد على الشبكة الكهربائية فقط، مزود بوصلة 500 كيلو فولت أمبير، تشغيل أجهزة الشحن الخاصة به بكامل طاقتها الاسمية في وقت واحد. يؤدي ذلك إلى تقليل سرعة أجهزة الشحن، وإطالة مدة جلسات الشحن، وانخفاض الإيرادات لكل جهاز.

يقوم نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) بإعادة صياغة الثلاثة جميعها: فهو يعمل على تسوية ذروة الـ 15 دقيقة، ويستبدل ترقية المحول، ويسمح لأجهزة الشحن بالعمل بكامل طاقتها من الطاقة المخزنة.

النفقات الرأسمالية مقابل النفقات التشغيلية: بناء الصورة الكاملة

يوضح الجدول أدناه هيكل تكلفة موقع نموذجي بقدرة 240 كيلوواط مع سعة تخزين تبلغ 418 كيلوواط ساعة مقابل موقع مماثل يعتمد على الشبكة فقط:

الخلاصة الرئيسية: عادةً ما تساوي تكلفة المحول المتجنبة وحدها أو تتجاوز رأس المال الإضافي لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات. يدفع الموقع في النهاية مبلغًا إجماليًا مماثلًا مقدمًا، لكن نظام تخزين الطاقة بالبطاريات يوفر إيرادات إضافية وتوفيرًا في الرسوم كل شهر بعد ذلك.

رسوم الطلب: الضريبة الخفية على مواقع الشحن

تُعدّ وفورات رسوم الطلب المحرك المالي الأقوى لمحطة شحن أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات. وتعتمد الآلية على مبدأ محدد لا على التخمين: إذ يقيس نظام إدارة الطاقة حمل الموقع في الوقت الفعلي، ويفرغ البطارية كلما تجاوزت فترة الـ 15 دقيقة ذروة جديدة.

لنفترض موقعًا تبلغ ذروة استهلاكه 1200 كيلوواط، وتعرفة الطلب فيه 15 دولارًا لكل كيلوواط. يمكن لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) بسعة 418 كيلوواط/ساعة، والذي يُفرغ 240 كيلوواط خلال فترات الذروة، أن يحدّ من استهلاك الموقع إلى حوالي 960 كيلوواط. يبلغ التوفير الشهري تقريبًا 240 كيلوواط × 15 دولارًا = 3600 دولار، أو 43200 دولار سنويًا. على مدى عشر سنوات، تتجاوز هذه الفائدة وحدها 430000 دولار، أي أكثر من تكلفة تركيب نظام تخزين الطاقة بالبطاريات بالكامل في معظم الأسواق.

تتناسب الوفورات طرديًا مع التعرفة. ففي مواقع مثل كاليفورنيا ونيويورك وألمانيا وأستراليا، حيث تصل رسوم الطلب إلى 20-40 دولارًا/كيلوواط، تُحقق فترة استرداد أسرع نسبيًا. ومن القواعد المفيدة في التخطيط: إذا تجاوزت الوفورات السنوية في رسوم الطلب 12-15% من التكلفة الرأسمالية لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات، فإن الاستثمار يستحق دراسة جادة.

المراجحة في مجال الطاقة والربط الشمسي كمصدر للدخل

إلى جانب تجنب التكاليف، يمكن لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات أن يحقق إيرادات حيث تسمح قواعد السوق بذلك:

• المراجحة في مجال الطاقةيتم شحن البطارية بأسعار خارج أوقات الذروة (0.03-0.06 دولار/كيلوواط ساعة) وتفريغها خلال أوقات الذروة (0.15-0.30 دولار/كيلوواط ساعة). عند شحن البطارية دورة كاملة واحدة يوميًا بسعة 418 كيلوواط ساعة، يتراوح هامش الربح الإجمالي بين 5000 و10000 دولار سنويًا.
• الاستجابة للطلبتدفع شركات الكهرباء ما بين 50 و150 دولارًا لكل كيلوواط سنويًا من الأحمال القابلة للتوزيع. ويمكن أن تضيف قدرة تصدير 240 كيلوواط ما بين 12000 و36000 دولارًا سنويًا في حال توفر تجميع الأحمال.
• اقتران شمسيإن ربط نظام تخزين الطاقة بالبطاريات مع الخلايا الكهروضوئية الموجودة في الموقع يزيد من الاستهلاك الذاتي ويتيح للموقع تحقيق الدخل من توليد الطاقة خلال النهار بعد غروب الشمس، كما هو موضح في [محطة شحن المركبات الكهربائية التي تعمل بنظام تخزين الطاقة بالبطاريات الشمسية بسعة 200 كيلوواط ساعة](https://www.midapower.com/news/200kwh-solar-bess-ev-charging-station-for-zero-emission-sites/) المرجعية.

تُعدّ مصادر الإيرادات هذه ثانويةً مقارنةً بتوفير رسوم الطلب، لكنها تُقلّل فترة استرداد التكاليف بمقدار 12-24 شهرًا في الأسواق المواتية. ينبغي على المشغلين وضع نماذج متحفظة لها، نظرًا لاختلاف هوامش الربح وبرامج إدارة الطلب باختلاف شركات المرافق والفصول.

برامج تأجيل وتحفيز ترقية الشبكة

غالباً ما تُحسم مسألة التكلفة والعائد بتأجيل تحديث الشبكة الكهربائية فقط. فنظام شحن الطاقة باستخدام بطاريات تخزين الطاقة بقدرة 215 كيلوواط/ساعة، والذي تم تركيبه لتجنب ترقية المحولات بتكلفة 180 ألف دولار، يحقق وفورات فعّالة في السنة الأولى تعادل كامل الفرق في رأس المال، بالإضافة إلى الفائدة، فضلاً عن الإيرادات المفقودة خلال فترة انتظار شركة الكهرباء التي تبلغ 18 شهراً.

وتزيد الحوافز من هذا التأثير. تقدم العديد من السلطات القضائية ما يلي:

• الإعفاءات الضريبية للاستثمار (على سبيل المثال، 30%+ للتخزين المستقل في الولايات المتحدة بموجب قانون خفض التضخم)؛
• خصومات تخزين المرافق بقيمة 200-400 دولار لكل كيلوواط ساعة؛
• جداول الاستهلاك المعجل لأصول التخزين؛
• برامج المناطق ذات القيود على الشبكة التي تمول التخزين لتجنب تعزيز الشبكة - حالة الاستخدام الدقيقة التي تخدمها محطة شحن BESS المعبأة في حاويات بسعة 500 كيلو وات في حاويات [https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/].

إن الإعفاء الضريبي بنسبة 30٪ على نظام تخزين الطاقة بالبطاريات بقيمة 120,000 دولار يمثل 36,000 دولار من استرداد رأس المال المباشر، مما يؤدي إلى نقل فترة الاسترداد النموذجية من 5.5 سنوات إلى 3.8 سنوات في السيناريو النموذجي أدناه.

سيناريو نموذجي لعائد الاستثمار على مدى 10 سنوات

ولجعل التحليل ملموساً، يوضح الجدول أدناه نموذجاً لموقع شحن BESS بقدرة 240 كيلوواط / 418 كيلوواط ساعة مع تعريفة طلب تبلغ 15 دولارًا / كيلوواط، ومتوسط ​​فارق طاقة يبلغ 0.10 دولارًا / كيلوواط ساعة، وائتمان استثماري بنسبة 30٪:

يحقق هذا السيناريو استردادًا للتكاليف في غضون سنتين ونصف تقريبًا، ويُراكم تدفقًا نقديًا صافيًا يقارب 290,000 دولار أمريكي على مدى عشر سنوات، بافتراض عدم وجود أي زيادة في التعرفة. حتى المشغلون المتحفظون الذين يستبعدون فرص المراجحة يحققون نقطة التعادل في غضون 3-4 سنوات من خلال وفورات رسوم الطلب فقط. ينبغي لكل موقع تطبيق هذا النموذج وفقًا لجدول التعرفة الخاص به، ولكن الهيكل المذكور أعلاه يوضح سبب كون مواقع شحن أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) معدات قياسية بشكل متزايد وليست إضافات تجريبية.

خاتمة

تستند دراسة جدوى محطات شحن أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) إلى أربعة محاور رئيسية: إلغاء رسوم الطلب، وتأجيل تحديث الشبكة، وزيادة الاستخدام، والإيرادات الإضافية. جميع هذه المحاور مُحددة بدقة ومُدرجة في بنود العقد. عند تحديد حجم محطة شحن أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) بما يتناسب مع منحنى الحمل الفعلي للموقع، وتشغيلها بواسطة نظام إدارة طاقة كفؤ، فإن أصول التخزين عادةً ما تُعيد رأس مالها في غضون ثلاث إلى ست سنوات، مع تحسين موثوقية الخدمة. بالنسبة للمطورين والمشغلين الذين يقررون ما إذا كان التخزين مناسبًا للموقع التالي، فقد تحول السؤال من "هل هو مُربح؟" إلى "ما هي التعرفة، وما هو الحجم، وما هي البنية؟"

التعليمات

1. ما هي أكبر فائدة مالية منفردة لموقع شحن نظام تخزين الطاقة بالبطاريات؟خفض رسوم الطلب. يمكن أن يؤدي خفض ذروة الاستهلاك الشهري إلى توفير ما بين 30,000 دولار إلى 100,000 دولار أو أكثر سنويًا في المواقع ذات الاستخدام العالي، وهو ما يتجاوز عادةً جميع الفوائد الأخرى مجتمعة.

2. كيف يمكن لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات أن يغطي تكاليفه إذا كانت رسوم الطلب منخفضة؟في المناطق ذات التعريفات المنخفضة، يتحول التركيز في دراسة الجدوى الاقتصادية إلى تأجيل ترقية الشبكة الكهربائية والاستفادة القصوى من أجهزة الشحن. فإذا تجنب نظام تخزين الطاقة بالبطاريات ترقية المحولات المكلفة أو سمح لأجهزة الشحن بالعمل بكامل طاقتها، فإنه سيظل قادراً على استرداد تكلفته خلال 4 إلى 6 سنوات.

3. ما هي أفضل تركيبة كيميائية للبطاريات من حيث اقتصاديات مواقع الشحن؟تهيمن بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) لأنها توفر أكثر من 6000 دورة عند عمق تفريغ 80٪، وعمرًا طويلًا، ومخاطر حريق أقل - وكل ذلك يقلل من التكلفة الحقيقية لكل كيلوواط ساعة مخزنة.

4. كيف تؤثر أرصدة الاستثمار على عائد الاستثمار؟يُقلل الإعفاء الضريبي على التخزين بنسبة 30% فترة الاسترداد بنحو 20-30%. في المثال المذكور، انخفضت فترة الاسترداد من حوالي 3.5 سنوات إلى 2.5 سنوات بعد تطبيق هذا الإعفاء.

5. ما هي تكلفة التشغيل لكل كيلوواط ساعة من الطاقة المخزنة؟بالنسبة لنظام LFP الحديث، فإن إجمالي النفقات التشغيلية (التشغيل والصيانة والتبريد والتدهور) تتراوح عادةً بين 0.02 دولار و0.04 دولار لكل كيلوواط ساعة مخزنة - وهو أقل بكثير من فروق الذروة إلى خارج الذروة النموذجية.

6. هل يمكن للمراجحة وحدها أن تبرر الاستثمار في نظام تخزين الطاقة بالبطاريات؟نادراً ما يكون ذلك بمفرده. تحقق هوامش المراجحة التي تتراوح بين 0.05 و0.10 دولار/كيلوواط ساعة إيرادات متواضعة؛ وتكتمل الحالة عند دمجها مع وفورات رسوم الطلب وتأجيل الشبكة.

7. كيف يمكنني الحصول على نموذج مالي موثوق لموقعي؟ابدأ ببيانات أحمال الموقع لمدة 12 شهرًا أو نموذجًا لملف طلب المركبات الكهربائية، واحصل على بيانات الطلب وتعريفات الطاقة من شركة الكهرباء، ثم اختبر أحجام أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات بزيادات تتراوح بين 200 و500 كيلوواط ساعة مقارنةً بذروة الطلب لديك. يمكن لفرق الهندسة لدى الشركات المصنعة تشغيل النموذج نفسه على مواصفات أجهزتها.